W Amsterdamie Plancius poświęcił się naukom przyrodniczym, nawigacji i kartografii. Mając dostęp do map portugalskich, wkrótce stał się ekspertem od tras żeglugi do Indii Wschodnich. Przyczynił się do powstania Holenderskiej Kompanii Wschodnioindyjskiej (hol. Vereenigde Oostindische Compagnie (VOC)). Był głęboko przekonany o istnieniu krótszej drogi do Indii na północy, tzw. przejścia północno-wschodniego. Jednak wyprawy w poszukiwaniu przejścia, prowadzone w latach 1597–1597 m.in. przez Willema Barentsa (ucznia Planciusa) zakończyły się fiaskiem.
Plancius zmarł w 1622 i został pochowany na cmentarzu kościoła Zuiderkerk w Amsterdamie.
Kartografia Będąc w Amsterdamie, Plancius opracował liczne mapy (i globusy) Ziemi i nieba oraz przewodniki nawigacyjne.
W 1590 wykonał pięć map dla holenderskiego wydania Biblii. W 1592 wydał swoje najsławniejsze dzieło – mapę świata zatytułowaną Nova et exacta Terrarum Tabula geografica et hydrografica. Po 1598 nie wykonywał wielu prac kartograficznych, poświęcając się zapewne teologii. Dopiero w 1612 skonstruował kolejny globus nieba na podstawie obserwacji m.in. duńskiego astronoma Tycho Brahe.